专利名称：免解线杆塔接地电阻快速测量方法及装置的利记博彩app
技术领域：
本发明属于电力科学的高电压技术领域，涉及一种输电杆塔接地电阻测量方法及装置，特别是一种免解线杆塔接地电阻快速测量方法及装置，其用于带避雷线即架空地线的输电杆塔的安全维护技术方面。
背景技术：
输电杆塔接地电阻值对于降低线路雷击跳闸率具有重要意义，输电杆塔投入使用前及运行中，周期性测量其接地电阻尤为重要，电力行业标准DL/T 596-1996《电力设备预防性试验规程》对此曾做出过明文规定。因此准确、快速、方便地测量出输电杆塔的接地电阻值是检验其接地系统合格与否并提出相应整改方案的重要途径与手段。就申请人所知，目前对输电杆塔接地电阻的测量主要有两种方法，即基于压降原理的三极法和钳表法。其中钳表法的典型仪器有法国CA6411型接地电阻测试仪，测试时只需将钳口夹住一根接地引下线即可得到接地电阻值，但杆塔其他接地引下线必须解开，否则测量值为引下线与接地体形成的回路电阻，此外，由于双避雷线的互感以及自身不可忽略的内阻，给实际测量带来了误差。目前的杆塔接地电阻测量，最大的弊端在于工程实现困难，通常遇到的情况，当有两根及以上接地引下线时，在测量中一般都必须使用电焊机焊开被焊住的螺帽；或者拧开螺帽。3～4人的测量小组，一个工作日最多只能测4～5基杆塔，测量效率极低，劳动强度大，还可能发生扭断螺栓、滑丝，甚至不能恢复接地等弊端。根据部颁《预防性试验规程》规定，输电线路杆塔接地电阻每四年全部测量一次。按目前的测试现状，每组每天测试5基，每组3人，使用汽车台班一个，由此可计算出每基测试费用为160元((100元/人.天×3人×1天+500元/台班×1台班)/5基)。若一供电公司所辖110kV及以上输电线路杆塔共计5000基，全部测一遍需1000天/组，费用约80万元。
发明内容
本发明的目的是，针对现有杆塔接地电阻测量方法上的缺陷，提出免解线杆塔接地电阻快速测量方法及装置，它是一种能在不解开多根接地引下线的情况下，正确快速地测出输电杆塔接地电阻值的方法及装置，它能提高测量的工作效率，降低测量成本。
本发明的技术解决方案是，一种免解线杆塔接地电阻快速测量方法，采用钳表法，所测得的电压、电流信号经过滤波处理和数据分析，得到电流信号和电压信号的基波分量的实部和虚部，采用特定压降计算方法得到被测杆塔的接地电阻，其特征在于使用与杆塔接地引下线根数相同的钳形电压互感器简称PT和钳形电流互感器简称CT，不解开杆塔多根接地引下线，将钳形PT、CT分别夹住所有接地引下线；或者是，使用带形电压互感器简称PT和带形电流互感器简称CT，不解开杆塔接地引下线，将带形PT、CT围住整个铁塔；钳形或带形PT具有提供测量电压的功能，钳形或带形CT具有测量电流的功能，对于测量电压U和电流I信号分别进行采样，并进行模拟陷波和带通滤波，去除工频及高频干扰信号，只允许测量信号通过，由测量装置对电压和电流信号的采样与功率源的频率同步，对电流、电压信号作加宽窗口的频谱分析，将其中的基波分量分离出来，以进一步除去干扰分量。
上述免解线杆塔接地电阻快速测量方法，采用的特定压降计算方法为，设Rg为某一杆塔接地电阻值，各接地引下线具有连接电阻R1、R2、……Rn，对于只有一根接地引下线或使用带形PT和CT的情况，引入测量误差设为ZE＝RE+jXE，接地电阻实测值为Rg＝R1+Rg+ZE，接地电阻计算采用如下公式Rg′=Re(U·1/I·1)]]>其中， 为接地引下线测试电压值， 为接地引下线回路的电流值，Rg′为含有误差的接地电阻测量值，其误差由R1和ZE两部分组成，Re表示对复数取实部，此时近似认为Rg′即为Rg；对于具有两根或两根以上接地引下线的情况，引入测量误差设为ZE＝RE+jXE，接地电阻实测值为Rg′＝Rg+ZE，其误差仅含ZE部分，连接电阻R1、R2、……、Rn从如下方程中准确解出，接地电阻计算采用如下公式 其中 为各接地引下线测试电压值， 为通过各接地引下线回路的电流值，上述矩阵无唯一解，需进行第二次测量，仅对R1提供电源，得到如下补充方程U·1′-I·1′R1=(I·1′+I·2′+···+I·n′)Rg′]]>由上述两方程得
为得到上述方程唯一解，依据线性代数理论，必须满足以下公式I·1I·1′≠I·1+I·2+···I·nI·1′+I·2′+···I·n′]]>为确保上式成立，先判断采集得到的数据是否满足上式，若不成立，则将 值更改，并再次测量，直到上式成立为止，然后解方程得到Rg′；上述两种情况下得到的接地电阻测量值Rg′均含误差ZE，故需要予以修正，针对杆塔接地电阻值主要呈纯阻性的特点，修正时只需考虑对杆塔接地电阻Rg′的实部进行修正即可，而ZE的实部为RE，修正公式如下RE＝-6+0.95lnf+2.3Rd+0.105(lnRgv)2+1.75lnRgv其中f为测量电源频率，Rgv为被测线路杆塔的平均接地电阻，Rd为每档距避雷线的电阻值，由此得到修正后的接地电阻值为Rg＝Re(Rg′)-RE。
本发明采用的免解线杆塔接地电阻快速测量装置，其特征在于由多个钳形电压互感器或一个带状电压互感器(简称PT)14、多个钳形电流互感器或一个带状电流互感器(简称CT)15及杆塔接地电阻速测仪16组成；杆塔接地电阻速测仪由功率源模块1、多路开关模块2、I/V转换模块3、滤波模块4、程控放大模块5、A/D转换模块6、单片机系统7、正弦波发生模块8、同步采样脉冲模块9，液晶显示模块10、通讯模块11、面板及键盘控制模块12、电池及充电模块13组成。功率源模块1提供装置及测试用电源，通过电压输出端口Unh及Unl将电压信号送到多个钳形电压互感器(简称PT)或一个带状电压互感器14；正弦波发生模块8接功率源模块1输入，电池及充电模块13接功率源模块1供电端；功率源模块1的输出端接同步采样脉冲模块9的输入端，及多路开关模块2的一输入端；多个钳形电流互感器(简称钳形CT)或一个带状电流互感器15通过电流端口Inh及Inl将电流信号送入I/V转换模块3，I/V转换模块3的输出接多路开关模块2的另一输入端；多路开关模块2的输出接滤波模块4输入端，滤波模块4输出接程控放大模块5的输入端，程控放大模块5的输出接A/D转换模块6一输入端，同步采样脉冲模块9的输出接A/D转换模块6另一输入端；A/D转换模块6的输出接通讯模块11、单片机系统7、面板及键盘控制模块12；单片机系统7通过控制总线及地址/数据总线与同步采样脉冲模块9液晶显示模块10、通讯模块11、面板及键盘控制模块12、电池及充电模块13配接。
上述免解线杆塔接地电阻快速测量装置，其特征在于，所述的正弦波形发生模块8输出信号经过功率源模块1放大后提供0.5V～5V/1～5W的测量电源。
上述免解线杆塔接地电阻快速测量装置，其特征在于，滤波模块4由50Hz四阶模拟陷波滤波器17及四阶模拟带通滤波器18串联组成。
采用本发明，能在不解开接地引下线的情况下，正确、快速测出具有单根、两根及以上接地引下线杆塔接地电阻值，它能显著提高测量效率，降低测量成本。本发明装置智能程度高，存储或者转移数据方便；功耗低，配备的工作电源可重复充电使用；同时还可以发现接地引下线的接触导通性能问题，在输电线路正常巡视时，巡视人员即可随身携带仪器装置完成测试任务。若一供电公司所辖110kV及以上输电线路杆塔共计5000基，使用本发明每组一天至少可测100基，每基测试费仅用为8元，测一遍只需50天/组，费用约4余万元，可节约测试费用70余万元。
图1，输电线路示意2，采用钳形PT、CT测量示意3，采用带形PT、CT测量示意4，采用钳形PT、CT测量原理5，采用钳形PT、CT，只有一根接地引下线时测量等值电路6，采用钳形PT、CT，有两根及以上接地引下线时第一次测量等值电路7，采用钳形PT、CT，有两根及以上接地引下线时第二次测量等值电路8，采用带形PT、CT测量等值电路9，杆塔接地电阻速测仪16电路方框10，滤波模块4的电路方框11，免解线杆塔接地电阻快速测量装置现场接线中，1功率源模块、2多路开关模块、3I/V转换模块、4滤波模块、5程控放大模块、6A/D转换模块、7单片机系统、8正弦波发生模块、9同步采样脉冲模块，10液晶显示模块、11通讯模块、12面板及键盘控制模块、13电池及充电模块、14钳形电压互感器或带状电压互感器(简称PT)、15钳形电流互感器或带状电流互感器(简称CT)、16杆塔接地电阻速测仪、17 50Hz四阶模拟陷波滤波器、18四阶模拟带通滤波器。
具体实施例方式
下面结合附图，详细阐述本发明的实施方法。
图1为输电线路示意图，是带避雷线即架空地线的输电杆塔，根据本发明的基本构想，采用以下两种技术方式进行测量1)图2为采用钳形PT、CT测量示意图，使用与杆塔接地引下线根数相同的钳形电压互感器(简称钳形PT)和钳形电流互感器(简称钳形CT)，不解开杆塔接地引下线，将钳形PT、CT分别夹住所有接地引下线；或者，2)图3为采用带形PT、CT测量示意图，使用带形电压互感器简称(带形PT)和带形电流互感器(简称带形CT)，不解开杆塔接地引下线，将带形PT、CT围住整个铁塔；使用上述两种方式进行测量，所测得的电压、电流信号经过滤波处理和数据分析，得到电流信号和电压信号的基波分量的实部和虚部，采用特定压降计算得到被测杆塔的接地电阻，钳形或带形PT具有提供测量电压并可测量电压的功能，钳形或带形CT具有测量电流的功能，对于测量电压U和电流I信号分别进行采样，并进行模拟陷波和带通滤波，去除工频及高频干扰信号，只允许测量信号通过，由测量装置对电压和电流信号的采样与功率源的频率同步，对电流、电压信号作加宽窗口的频谱分析，将其中的基波分量分离出来，以进一步除去干扰分量。
图4是采用钳形PT、CT测量原理图，某一杆塔上每根接地引下线上都接有一对钳形PT、CT，采用特定压降计算方法为，设Rg为一杆塔接地电阻值，视杆塔各接地引下线与地网连接方法不同或连接出现腐蚀与其他非金属接触的状况，等效视各接地引下线具有连接电阻R1、R2、…Rn；图5是只有一根接地引下线时测量等值电路图，考虑输电杆塔上的避雷线即架空地线对测量回路的影响，引入测量误差ZE＝RE+jXE，简化表达为令Rg′＝R1+Rg+ZE，接地电阻计算采用如下公式，Rg′=Re(U·1/I·1)]]>其中， 为接地引下线测试电压值， 为接地引下线回路的电流值，Rg′为含有误差的接地电阻测量值，Re表示对复数取实部。
图6是有两根以上接地引下线时第一次测量等值电路图，同上考虑输电杆塔上的避雷线即架空地线对测量回路的影响，引入测量误差ZE＝RE+jXE，为简化，令Rg′＝Rg+ZE，由测量等值电路图6结构可以得到U·1-I·1R1=(I·1+I·2+···I·n)Rg′U·2-I·2R2=(I·1+I·2+···I·n)Rg′···U·n-I·nRn=(I·1+I·2+···I·n)Rg′]]>由上式可得 上述矩阵方程无法给出唯一解，因此，必须对其补充一个方程；进行第二次测量。图7即为有两根以上接地引下线时第二次测量等值电路图，仅对R1提供电源，得到如下补充方程U·1′-I·1′R1=(I·1′+I·2′+···I·n′)Rg′]]>由上述两方程可得 为得到上述方程唯一解，依据线性代数理论，必须满足以下公式I·1I·1′≠I·1+I·2+···I·nI·1′+I·2′+···I·n′]]>为使上式成立，先应判断采集得到的数据是否满足上式，若不成立，则将 值更改，并再次测量，直到上式成立为止，然后解方程得到Rg′，实际测量中上式不成立的概率极小。
对于上述具有一根或者多根接地引下线的杆塔，实际测得R1、R2、…Rn及Rg′并非纯电阻，但对于杆塔接地系统而言，由于接地体较小，接地电阻值Rg一般呈纯阻性，电抗部分可忽略不计；在不考虑电抗的情况下，R1、R2、…Rn，的测量值是准确的；而实际接地电阻值Rg与测量值Rg′的实部值相差较大，由此产生误差RE，误差RE被修正关键在于其具有的收敛性；针对避雷线分段绝缘的情况，频率较高的测量电源当属首选；避雷线导电性越好，其稳态误差值相对而言就小，稳态误差值与导线电阻率近似成正比；正常接地情况下，并联于被测杆塔接地电阻的平均接地电阻对测量值也具有影响，正常平均接地电阻与输电线路接地体设计和当地的土壤电阻率有关，线路整体接地水平好，其稳态误差就小。测量值需进行修正，修正公式如下RE＝-6+0.95lnf+2.3Rd+0.105(lnRv)2+1.75lnRv其中f为测量电源频率，Rv为正常情况下被测线路杆塔的平均接地电阻，Rd为每档距避雷线电阻值。
由此得到修正后的测量值为Rg＝Re(Rg′)-RE图8是采用带形PT、CT测量等值电路图，采用带形CT、PT将杆塔及若干根接地引下线全部“卡住”。在不打开接地引下线，又不增加辅助电极的条件下，能够快速准确测量出杆塔的接地电阻。因为带形PT具有为测量回路提供电压源的功能，带形CT具有测量回路电流的功能。同一接地系统的多点接地引下线均由带状PT和CT包围，设Rg为杆塔接地电阻值，由于各接地引下线与地网连接方法不同，或者连接处出现腐蚀与其他非充分接触的状况，可等效视其具有连接电阻R1、R2、Rn，由于输电杆塔避雷线即架空地线对测量回路的影响，引入测量误差ZE＝RE+jXE，一般连接电阻R1、R2、…、Rn小于0.1Ω，可忽略不计，此时可直接得到Rg′=Re(U·/I·),]]>然后经过前述误差修正公式得到最终测量值Rg＝Re(Rg′)-RE；对于只有一根接地引下线的情况或使用带形PT和CT时，若修正后Rg值过大，即可判断出接地不合格，要么接地引下线接触不良，要么接地体不合格；对于具有两根或两根以上接地引下线的情况，若R1、R2、……、Rn大于0.1Ω即得知接地引下线接触不良。
本发明采用的免解线杆塔接地电阻快速测量装置，由多个钳形电压互感器或一个带状电压互感器(简称PT)14、多个钳形电流互感器或一个带状电流互感器(简称CT)15及杆塔接地电阻速测仪16组成，图9是杆塔接地电阻速测仪16电路方框图，杆塔接地电阻速测仪16由功率源模块1、多路开关模块2、I/V转换模块3、滤波模块4、程控放大模块5、A/D转换模块6、单片机系统7、正弦波发生模块8、同步采样脉冲模块9，液晶显示模块10、通讯模块11、面板及键盘控制模块12、电池及充电模块13组成，功率源模块1提供系统测试用电压源信号，通过电压输出端口Unh及UnL将电压信号送到多个钳形电压互感器简称PT或一个带状电压互感器14；正弦波发生模块8接功率源模块1输入，电池及充电模块13接功率源模块1供电端，功率源模块1的输出端接同步采样脉冲模块9的输入端，及多路开关模块2的一输入端；多个钳形电流互感器简称CT或一个带状电流互感器15通过电流端口Inh及Inl将电流信号送入I/V转换模块3，I/V转换模块3的输出接多路开关模块2的另一输入端；多路开关模块2的输出接滤波模块4输入端，滤波模块4输出接程控放大模块5的输入端，程控放大模块5的输出接A/D转换模块6一输入端，同步采样脉冲模块9的输出接A/D转换模块6另一输入端；A/D转换模块6的输出接通讯模块11、单片机系统7、面板及键盘控制模块12；单片机系统7通过控制总线及地址/数据总线与同步采样脉冲模块9液晶显示模块10、通讯模块11、面板及键盘控制模块12、电池及充电模块13配接。
上述杆塔接地电阻速测仪16中，功率源采用正弦波形发生模块8生成相应频率及幅值的正弦波，然后经过功率源模块1放大后提供测量电源，电源电压幅值为0.5V～5V，功率为1～5W，测量频率及幅值均可调。内置可充电电池及充电模块13。
图10是接滤波模块4的电路框图，滤波模块4由50Hz四阶模拟陷波滤波器17及带通滤波器18串联组成。
图11是免解线杆塔接地电阻快速测量装置现场接线图。具体测量过程中，首先确定被测杆塔接地引下线的根数，检查接地引下线是否具有明显的断开与破坏痕迹，确认被测杆塔顶部是否具有避雷线及其与杆塔的接触方式是否为金属直接连接。若被测杆塔具有两根接地引下线，以采用钳形PT、CT测量为例，分别用两只钳形PT和CT同时夹住两根引下线，将两只钳形PT分别接杆塔接地电阻速测仪16上的电压端口U1h(通道1高)、U1l(通道1低)及U2h、U2l，将两只钳形CT的电导线分别接于相应一致的电流输入端口I1h、I1l及I2h、I2l。注意导线序号不得弄错，并且接触良好，确认无误后方可进行下一步。打开电源开关，系统自检，显示当前电量充足与否；通过键盘输入被测线路杆塔平均接地电阻及避雷线电气参数。相关参数设置完成即可准备开始测量。
权利要求
1.一种免解线杆塔接地电阻快速测量方法，采用钳表法，所测得的电压、电流信号经过滤波处理和数据分析，得到电流信号和电压信号的基波分量的实部和虚部，采用特定压降计算方法得到被测杆塔的接地电阻，其特征在于使用与杆塔接地引下线根数相同的钳形电压互感器(简称钳形PT)和钳形电流互感器(简称钳形CT)，不解开杆塔接地引下线，将钳形PT、CT分别夹住所有接地引下线；或者是，使用带形电压互感器(简称带形PT)和带形电流互感器(简称带形CT)，不解开杆塔接地引下线，将带形PT、CT围住整个铁塔；钳形或带形PT具有提供测量电压并可测量电压的功能，钳形或带形CT具有测量电流的功能，对于测量电压U和电流I信号分别进行采样，并进行模拟陷波和带通滤波，去除工频及高频干扰信号，只允许测量信号通过，由测量装置对电压和电流信号的采样与功率源的频率同步，对电流、电压信号作加宽窗口的频谱分析，将其中的基波分量分离出来，以进一步除去干扰分量。
2.如权利要求1所述的免解线杆塔接地电阻快速测量方法，其特征在于采用的特定压降计算方法为，设Rg为某一杆塔接地电阻值，各接地引下线具有连接电阻R1、R2、……Rn，对于只有一根接地引下线或使用带形PT和CT的情况，引入测量误差设为ZE＝RE+jXE，接地电阻实测值为Rg’＝R1+Rg+ZE，接地电阻计算采用如下公式Rg′=Re(U1·/I1·)]]>其中， 为接地引下线测试电压值， 为接地引下线回路的电流值， 为含有误差的接地电阻测量值，其误差由R1和ZE两部分组成，Re表示对复数取实部，此时近似认为Rg’即为Rg；对于具有两根或两根以上接地引下线的情况，引入测量误差设为ZE＝RE+jXE，接地电阻实测值为Rg’＝Rg+ZE，其误差仅含ZE部分，连接电阻R1、R2、……、Rn从如下方程中准确解出，接地电阻计算采用如下方程 其中 为各接地引下线测试电压值， 为通过各接地引下线回路的电流值，上述矩阵无唯一解，需进行第二次测量，仅对R1提供电源，得到如下补充方程U1′·-I1′·R1=(I1′·+I2′·+···+In′·)Rg′]]>由上述两方程得 为得到上述方程唯一解，依据线性代数理论，必须满足以下公式I1·I1′·≠I1·+I2·+···In·I1′·+I2′·+···In′·]]>为确保上式成立，先判断采集得到的数据是否满足上式，若不成立，则将 值更改，并再次测量，直到上式成立为止，然后解方程得到Rg’；上述两种情况下得到的接地电阻测量值Rg’均含误差ZE，故需要予以修正，针对杆塔接地电阻值主要呈纯阻性的特点，修正时只需考虑对杆塔接地电阻Rg’的实部进行修正即可，而ZE的实部为RE，修正公式如下RE＝-6+0.95lnf+2.3Rd+0.105(lnRgv)2+1.75lnRgv其中f为测量电源频率，Rgv为被测线路杆塔的平均接地电阻，Rd为每档距避雷线的电阻值，由此得到修正后的接地电阻值为Rg＝Re(Rg’)-RE。
3.本发明采用的免解线杆塔接地电阻快速测量装置，其特征在于由多个钳形电压互感器或一个带状电压互感器简称PT(14)、多个钳形电流互感器或一个带状电流互感器简称CT(15)及杆塔接地电阻速测仪(16)组成，杆塔接地电阻速测仪(16)由功率源模块(1)、多路开关模块(2)、I/V转换模块(3)、滤波模块(4)、程控放大模块(5)、A/D转换模块(6)、单片机系统(7)、正弦波发生模块(8)、同步采样脉冲模块(9)，液晶显示模块(10)、通讯模块(11)、面板及键盘控制模块(12)、电池及充电模块(13)组成，功率源模块(1)提供系统测试用电压信号，通过电压输出端口Unh及UnL将电压信号送到多个钳形电压互感器简称PT或一个带状电压互感器(14)；正弦波发生模块(8)接功率源模块(1)输入，电池及充电模块(13)接功率源模块(1)供电端，功率源模块(1)的输出端接同步采样脉冲模块(9)的输入端，及多路开关模块(2)的一输入端；多个钳形电流互感器简称CT或一个带状电流互感器(15)通过电流端口Inh及Inl将电流信号入I/V转换模块(3)，I/V转换模块(3)的输出接多路开关模块(2)的另一输入端；多路开关模块(2)的输出接滤波模块(4)输入端，滤波模块(4)输出接程控放大模块(5)的输入端，程控放大模块(5)的输出接A/D转换模块(6)一输入端，同步采样脉冲模块(9)的输出接A/D转换模块(6)另一输入端；A/D转换模块(6)的输出接通讯模块(11)、单片机系统(7)、面板及键盘控制模块(12)；单片机系统(7)通过控制总线及地址/数据总线与同步采样脉冲模块(9)液晶显示模块(10)、通讯模块(11)、面板及键盘控制模块(12)、电池及充电模块(13)配接。
4.如权利要求3所述的免解线杆塔接地电阻快速测量装置，其特征在于所述的正弦波形发生模块(8)输出信号经过功率源模块(1)放大后提供0.5V～5V/1～5W的测量电源。
5.权利要求4所述的免解线杆塔接地电阻快速测量装置，其特征在于滤波模块(4)由50Hz四阶模拟陷波滤波器(17)及四阶带通滤波器(18)串联组成。
全文摘要
一种免解线杆塔接地电阻快速测量方法及装置，采用钳表法，不解开杆塔多根接地引下线，使用与杆塔接地引下线根数相同的钳形电压互感器简称PT和钳形电流互感器简称CT，将钳形PT、CT分别夹住所有接地引下线；或使用带形电压互感器简称PT和带形电流互感器简称CT，将带形PT、CT围住整个铁塔；所测得的电压、电流信号经过滤波处理和数据分析，得到电流信号和电压信号的基波分量的实部和虚部，采用特定压降计算方法得到被测杆塔的接地电阻。本发明能在不解开接地引下线的情况下，正确、快速测出具有单根、两根及以上接地引下线杆塔接地电阻值，提高测量工作效率降低测量成本。
文档编号G01R27/20GK1828313SQ20061001839
公开日2006年9月6日 申请日期2006年2月21日 优先权日2006年2月21日
发明者李澍森, 陈晓燕, 陈绍英, 韩芳, 王亚军 申请人:武汉高压研究所